(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-05-12
(45)【発行日】2022-05-20
(54)【発明の名称】バッテリパック
(51)【国際特許分類】
H02J 7/00 20060101AFI20220513BHJP
H01M 10/48 20060101ALI20220513BHJP
【FI】
H02J7/00 S
H02J7/00 302D
H01M10/48 P
(21)【出願番号】P 2018186577
(22)【出願日】2018-10-01
【審査請求日】2021-07-08
(73)【特許権者】
【識別番号】000137292
【氏名又は名称】株式会社マキタ
(74)【代理人】
【識別番号】110000578
【氏名又は名称】名古屋国際特許業務法人
(72)【発明者】
【氏名】行田 稔
【審査官】宮本 秀一
(56)【参考文献】
【文献】特開2011-229319(JP,A)
【文献】特開2010-158743(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01M10/42-10/48
H01M50/20-50/298
H02J7/00-7/12
H02J7/34-7/36
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
スイッチを有する電動作業機へ電力を供給するバッテリパックであって、
前記バッテリパックの状態に応じて、前記バッテリパックの放電を許可する放電許可信号、及び前記バッテリパックの放電を禁止する放電禁止信号のいずれかを生成するように構成された制御部と、
前記スイッチの操作状態を検出するように構成された操作状態検出部と、
前記バッテリパック内において放電電流を検出するように構成された放電電流検出部と、
前記制御部により生成された前記放電許可信号又は前記放電禁止信号を前記電動作業機へ出力するように構成された出力部と、を備え、
前記出力部は、前記操作状態検出部により前記スイッチのオフが検出され、且つ、前記放電電流検出部により所定値以上の放電電流が検出された場合に、前記制御部により生成された信号が前記放電許可信号及び前記放電禁止信号のいずれであっても、前記放電禁止信号を出力する、
バッテリパック。
【請求項2】
前記スイッチのオフ及び前記所定値以上の放流電流が、所定時間継続して検出されたことに応じて、前記出力部から前記放電禁止信号を出力させるように構成された遅延部を備える、
請求項1に記載のバッテリパック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、バッテリパックに関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献1に記載のバッテリパックは、バッテリパックから電力の供給を受ける電動工具に接続され、制御ユニットと、スイッチ操作検出回路と、を備える。スイッチ操作検出回路は、電動工具に設けられ、電動工具の駆動を指令するために操作されるスイッチの状態を検出する。上記バッテリパックにおいて、制御ユニットは、スイッチ操作検出回路によりスイッチがオンになったことが検出されると、スリープモードから起動して、電動工具へ放電を許可する放電許可信号を出力する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記バッテリパックにおいて、電動工具の駆動指令に対するバッテリパックの応答性を高くするため、主制御ユニットがスリープモードの間、主制御ユニットから放電許可信号の出力を継続することが考えられる。しかしながら、このようにした場合、スイッチ操作検出回路が故障すると、主制御ユニットは、スイッチがオンになっても、スイッチがオンになったことを検出できず、スリープモードのままで放電許可信号を出力し続ける。その結果、主制御ユニットがバッテリパックの放電状態を監視できない間に、バッテリパックの放電が継続され、バッテリパックが過放電状態になる可能性がある。
【0005】
本開示の1つの局面は、過放電状態になることを抑制可能なバッテリパックを提供する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示の1つの局面は、スイッチを有する電動作業機へ電力を供給するバッテリパックであって、制御部と、操作状態検出部と、放電電流検出部と、出力部と、を備える。制御部は、バッテリパックの状態に応じて、バッテリパックの放電を許可する放電許可信号、及びバッテリパックの放電を禁止する放電禁止信号のいずれかを生成するように構成される。操作状態検出部は、スイッチの操作状態を検出するように構成される。放電電流検出部は、バッテリパック内において放電電流を検出するように構成される。出力部は、制御部により生成された放電許可信号又は放電禁止信号を電動作業機へ出力するように構成される。また、出力部は、操作状態検出部によりスイッチのオフが検出され、且つ、放電電流検出部により所定値以上の放電電流が検出された場合に、制御部により生成された信号が放電許可信号及び放電禁止信号のいずれであっても、放電禁止信号を出力する。
【0007】
本開示の1つの局面によれば、電動作業機の操作部のオフが検出されているにもかかわらず、所定値以上の放電電流が検出された場合には、操作状態検出部、もしくは電動作業機のスイッチ信号出力部が故障している可能性がある。この場合、バッテリパックから電動作業機へ放電許可信号を出力し続けると、バッテリパックが過放電状態になる可能性がある。そのため、操作部のオフが検出され且つ所定値以上の放電電流が検出された場合には、制御部により生成された信号にかかわらず、放電禁止信号が出力される。これにより、バッテリパックが過放電状態になることを抑制することができる。
【0008】
また、バッテリパックは、スイッチのオフ及び所定値以上の放流電流が、所定時間継続して検出されたことに応じて、出力部から放電禁止信号を出力させるように構成された遅延部を備えてもよい。
【0009】
遅延部を備えることにより、操作状態検出部又は放電電流検出部の検出結果が瞬時的に変動しても、放電許可信号又は放電禁止信号の出力に対する影響が抑制される。よって、放電許可信号又は放電禁止信号の出力を安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【
図1】本実施形態に係るバッテリパックの構成を示すブロック図である。
【
図2】本実施形態に係るバッテリパックの放電制御部の構成を示す回路図である。
【
図3】本実施形態に係るバッテリパックのMPUの生成信号、放電検出結果、トリガスイッチ検出結果、第1スイッチのドレイン電位、第3スイッチのゲート電位、及びDS端子の出力を示すタイムチャートである。
【
図4】本実施形態に係るバッテリパックに適用する充電器の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、図面を参照しながら、発明を実施するための形態を説明する。
【0012】
<1.バッテリパックの構成>
まず、本実施形態に係るバッテリパック100の構成について、
図1を参照して説明する。バッテリパック100は、外部機器に接続されて外部機器へ電力を供給する、又は外部機器から電力の供給を受ける。外部機器として、電力の供給を受けて作動する電動作業機やライトなどを含む。電動作業機は、ハンマドリル、チェーンソー、グラインダなどの電動工具や、草刈機、ヘッジトリマ、バリカンなどを含む。また、外部機器は、バッテリパック100へ電力を供給する充電器を含む。
【0013】
バッテリパック100は、バッテリ60と、Analog Front End(以下、AFE)610と、Micro Processing Unit(以下、MPU)620と、放電検出回路63と、バッテリ電圧検出部66と、電源回路70と、Self Control Protector(以下、SCP)部80と、サブプリント回路基板制御部(以下、サブPCB制御部)90と、を備える。
【0014】
さらに、バッテリパック100は、正極端子11、負極端子12、CS端子13、DT端子14、TR端子15、DS端子16、充電制御部200、検出部300、通信部400、及び放電制御部500を備える。
【0015】
バッテリ60は、複数のバッテリセルが直列接続されて構成されている。バッテリ60は、例えば、リチウムイオンバッテリなどである。バッテリ60の定格電圧は18Vである。なお、バッテリ60の定格電圧は、18Vに限らず、36Vや72V等でもよい。
【0016】
MPU620は、CPU、ROM、RAM及びI/O等を備えたマイクロコンピュータを含み、バッテリ60の充放電制御を含む各種制御を実行する。MPU620は、後述する検出部300により外部機器のトリガスイッチのオンが検出されるとウェイクアップし、トリガスイッチのオフが検出され、所定の条件を満たすとスリープモードへ移行する。
【0017】
AFE610は、アナログ回路であり、MPU620からの指令に従いバッテリ60に含まれる各バッテリセルのセル電圧を検出するとともに、サーミスタ68を介して少なくとも1つのバッテリセルのセル温度を検出する。また、AFE610は、複数のバッテリセルの残容量を均等化させるセルバランス処理を実行する。また、AFE610は、サーミスタ65を介して基板温度を検出する。さらに、AFE610は、シャント抵抗67を介して、バッテリ60へ流れ込む充電電流及びバッテリ60から流れ出る放電電流を検出する。そして、AFE610は、検出したセル電圧、セル温度、基板温度、及び充放電電流の検出値をデジタル信号に変換し、変換した各デジタル信号をMPU620へ出力する。
【0018】
また、AFE610は、検出したバッテリ60の状態に基づいて、バッテリ60への充電を許可するか禁止するか判定し、充電許可信号又は充電禁止信号を生成して、充電制御部200へ出力する。
【0019】
放電検出回路63は、シャント抵抗67を介してバッテリ60から流出する放電電流を検出する。そして、放電検出回路63は、所定値以上の放電電流が流れているか否かを検出し、所定値以上の放電電流が流れている場合には放電あり信号を放電制御部500へ出力し、所定値以上の放電電流が流れていない場合には放電なし信号を放電制御部500へ出力する。
【0020】
バッテリ電圧検出部66は、バッテリ60の両端子間の電圧であるバッテリ電圧を検出し、検出したバッテリ電圧をMPU620へ出力する。MPU620は、バッテリ電圧検出部66により検出されたバッテリ電圧と、AFE610により検出されたセル電圧の合計とが一致するか否か判定する。
【0021】
電源回路70は、スイッチ72とレギュレータ73とを備える。レギュレータ73は、バッテリパック100(詳しくは、MPU620)がシャットダウンしているとき、DS端子16を介して充電器から補助電源の供給を受け、内部回路駆動用の電源電圧VDDを生成する。バッテリパック100は、過放電状態になるとシャットダウンする。MPU620は、レギュレータ73によって生成された電源電圧VDDの供給を受けると、シャットダウン状態から起動しバッテリが充電可能な状態であれば充電許可信号を充電器に出力する。バッテリ電圧が所定の電圧に到達すると、スイッチ72をオンにする。スイッチ72がオンになると、レギュレータ73は、バッテリ60から電源供給を受けて、電源電圧VDDを生成する。
【0022】
SCP部80は、SCP回路81とSCP診断部82とを備える。SCP回路81は、バッテリ60の正極側と正極端子11とを接続する正極側接続線上に設けられている。SCP回路81は、ヒューズを備え、MPU620からの指令に応じてヒューズを溶断させる回路である。SCP回路81のヒューズが溶断されることにより、正極側接続線が断線され、バッテリ60は、充電及び放電が不可能な状態になる。すなわち、バッテリ60は、再利用不可能な状態になる。
【0023】
MPU620は、バッテリパック100から充電禁止信号を出力しても充電が止まらない場合、及び、バッテリパック100から放電禁止信号を出力しても放電が止まらない場合に、安全を確保するために、最後の手段として、SCP回路81へヒューズを溶断させる指令を出す。すなわち、SCP回路81は、バッテリ60の過充電状態及び過放電状態に対して二重に安全を確保するための回路である。SCP診断部82は、定期的に、SCP回路81が正常に作動するか否かを診断し、診断結果をMPU620へ出力する。
【0024】
サブPCB制御部90は、LED及びスイッチを備える。MPU620は、スイッチが押されると電池残容量に応じてLEDを点灯させる。電池残容量は、前記バッテリ電圧から算出しても良いし、電流の積算から算出しても良いし、両方を用いて算出しても良い。
【0025】
MPU620は、入力された各種信号に基づいてバッテリ60の状態を判定する。そして、MPU620は、判定したバッテリ60の状態に基づいて、バッテリ60への充電を許可するか禁止するかを判定し、充電許可信号又は充電禁止信号を生成して充電制御部200へ出力する。また、MPU620は、判定したバッテリ60の状態に基づいて、バッテリ60からの放電を許可するか禁止するかを判定し、放電許可信号又は放電禁止信号を生成して放電制御部500へ出力する。また、MPU620は、外部機器(詳しくは電動作業機)に対する応答性を高くするため、スリープモード中は継続して放電許可信号を生成して放電制御部500へ出力する。
【0026】
正極端子11及び負極端子12は、バッテリパック100が外部機器に接続された場合に、外部機器の機器側正極端子及び機器側負極端子に接続される。これにより、バッテリパック100から外部機器への電力の供給又は外部機器からバッテリパック100への電力の供給が可能になる。
【0027】
CS端子13は、充電制御部200に接続されており、バッテリパック100が外部機器(詳しくは充電器)に接続された場合に、外部機器へ充電許可信号又は充電禁止信号を出力する。充電制御部200は、NAND回路を備え、AFE610及びMPU620の両方から充電許可信号が入力された場合に、CS端子13を介して充電許可信号を出力する。また、充電制御部200は、AFE610及びMPU620の少なくとも一方から充電禁止信号が入力された場合に、CS端子13を介して充電禁止信号を出力する。
【0028】
DT端子14は、バッテリパック100が外部機器に接続された場合に、外部機器の機器側通信端子に接続される。ここでの外部機器は、バッテリパック100から電力の供給を受けて作動する作動部(例えば、モータ)と、作動部の作動及び停止を指令するためにユーザに操作されるトリガスイッチと、を備える電動作業機である。
【0029】
また、DT端子14は、検出部300に接続されている。検出部300は、検出回路310を含む。検出回路310は、DT端子14を介して入力された信号に基づいて、バッテリパック100に外部機器が接続状態か未接続状態かを検出する。また、検出回路310は、DT端子14を介して入力された信号(具体的には、トリガスイッチ信号)に基づいて、外部機器のトリガスイッチがオンかオフかを検出する。そして、検出回路310は、外部機器が接続状態か未接続状態かについての検出結果をMPU620及びAFE610へ出力する。また、検出回路310は、トリガスイッチがオンかオフかについての検出結果をMPU620及び放電制御部500へ出力する。検出回路310は、トリガスイッチのオンを検出した場合にはオン信号を放電制御部500へ出力し、トリガスイッチのオフを検出した場合にはオフ信号を放電制御部500へ出力する。
【0030】
MPU620は、入力された検出結果に基づいて、未接続情報、オフ情報、及びオン情報を含む機器情報を取得する。未接続情報は、外部機器がバッテリパック100に未接続状態であることを示す情報である。オフ情報は、外部機器がバッテリパック100に接続され且つトリガスイッチがオフであることを示す情報である。オン情報は、外部機器がバッテリパック100に接続され且つトリガスイッチがオンであることを示す情報である。
【0031】
TR端子15は、通信部400に接続されたシリアル通信用の端子である。通信部400は、半二重のUniversal Asynchronous Receiver/Transmitter(UART)回路を備える。MPU620は、通信部400及びTR端子15を介して、外部機器とシリアル通信を行う。
【0032】
DS端子16は、放電制御部500に接続されており、バッテリパック100が外部機器(詳しくは、電動作業機)に接続された場合に、外部機器へ放電許可信号又は放電禁止信号を出力する。
【0033】
放電制御部500は、NAND回路510,530と遅延回路520との機能を有する。NAND回路510には、放電検出回路63から出力される放電あり信号又は放電なし信号と、検出回路310から出力されるオフ信号又はオン信号とが入力される。NAND回路510の出力は、遅延回路520に入力される。
【0034】
NAND回路530には、MPU620から出力される放電許可信号又は放電禁止信号と、遅延回路520の出力が入力される。NAND回路530の出力は、DS端子16を介して外部機器へ出力される。なお、放電制御部500の詳細は後述する。
【0035】
<2.放電制御部の回路構成>
次に、放電制御部500の具体的な回路構成について、
図2を参照して説明する。DS端子16には、電動工具700の工具側DS端子76、又は、後述する充電器800の充電器側DS端子86が接続される。電動工具700は、電動作業機の一例である。
【0036】
放電制御部500は、第1スイッチQ1と、第2スイッチQ2と、第3スイッチQ3と、第4スイッチQ4と、第1抵抗器R1、第2抵抗器R2と、コンデンサC1と、を備える。
第1スイッチQ1、第2スイッチQ2、第3スイッチQ3、及び第4スイッチQ4は、n型MOSFETによって構成されている。
【0037】
第2抵抗器R2の第1端は、電源Vddに接続されており、第2抵抗器R2の第2端は、第1スイッチQ1のドレイン端子に接続されている。第1スイッチQ1のソース端子は、第2スイッチQ2のドレイン端子に接続されている。第2スイッチQ2のソース端子はグランドに接続されている。
【0038】
そして、第1スイッチQ1のゲート端子には、検出回路310から出力されたオフ信号又はオン信号が入力される。オフ信号はHigh(以下、H)、オン信号はLow(以下、L)に設定されている。よって、第1スイッチQ1は、トリガスイッチのオフが検出された場合にオンになり、トリガスイッチのオンが検出された場合にオフになる。
【0039】
第2スイッチQ2のゲート端子には、放電検出回路63から出力された放電あり信号又は放電なし信号が入力される。放電あり信号はH、放電なし信号はLが設定されている。よって、第2スイッチQ2は、放電が検出された場合にオンになり、放電が検出されなかった場合にオフになる。
【0040】
また、第1抵抗器R1の第1端は、第2抵抗器R2の第2端及び第1スイッチQ1のドレイン端子に接続されている。第1抵抗器R1の第2端は、コンデンサC1の第1端及び第3スイッチQ3のゲート端子に接続されている。コンデンサC1の第2端はグランドに接続されている。第1抵抗器R1とコンデンサC1は、遅延回路を構成している。すなわち、第1スイッチQ1と第3スイッチQ3の間に、遅延回路が設けられている。
【0041】
第1スイッチQ1及び第2スイッチQ2のいずれかがオフの場合、第3スイッチQ3のゲート端子には、電源Vddの電圧が印加され、第3スイッチQ3はオンになる。また、第1スイッチQ1及び第2スイッチQ2の両方がオンの場合、第3スイッチQ3のゲート端子はグランドに接続され、第3スイッチQ3はオフになる。
【0042】
ただし、第1スイッチQ1と第3スイッチQ3との間に遅延回路が設けられているため、第1スイッチQ1及び第2スイッチQ2の両方がオンになっても、直ちに第3スイッチQ3はオンからオフにならない。第1スイッチQ1及び第2スイッチQ2の両方がオンの状態が所定時間Ta継続した場合に、第3スイッチQ3はオフになる。すなわち、条件(i)トリガスイッチのオフが検出され且つ放電ありが検出されること、が所定時間Ta継続して成立した場合に、第3スイッチQ3はオフになる。所定時間Taは、時定数X×Yに応じた時間である。Xは第1抵抗器R1の抵抗値、YはコンデンサC1の静電容量値である。
【0043】
第3スイッチQ3のドレイン端子は、DS端子16に接続されている。また、第3スイッチQ3のドレイン端子は、ダイオードを介してレギュレータ73に接続されている。第3スイッチQ3のソース端子は、第4スイッチQ4のドレイン端子に接続されている。第4スイッチQ4のソース端子はグランドに接続されている。
【0044】
そして、第4スイッチQ4のゲート端子には、MPU620から放電許可信号又は放電禁止信号が入力される。放電許可信号はH、放電禁止信号はLが設定されている。よって、第4スイッチQ4は、MPU620から放電許可信号が出力された場合にオンになり、MPU620から放電禁止信号が出力された場合にオフになる。
【0045】
第3スイッチQ3及び第4スイッチQ4の両方がオンの場合、DS端子16はグランドに接続され、DS端子16の電位はLになる。また、第3スイッチQ3及び第4スイッチQ4のいずれかがオフの場合、DS端子16はハイインピーダンス(以下、HiZ)になる。そして、DS端子16のL信号は放電許可信号、HiZ信号は放電禁止信号に設定されている。
【0046】
つまり、条件(i)が所定時間Ta継続して成立した場合には、MPU620により生成された生成信号が放電許可信号及び放電禁止信号のいずれであっても、DS端子16から放電禁止信号が出力される。一方、MPU620が放電禁止信号を生成した場合には、条件(i)が所定時間Ta継続して成立したか否かにかかわらず、DS端子16から放電禁止信号が出力される。
【0047】
なお、第1スイッチQ1及び第2スイッチQ2は、NAND回路510の機能に相当し、第1抵抗器R1及びコンデンサC1は遅延回路520の機能に相当する。また、第3スイッチQ3及び第4スイッチQ4は、NAND回路530の機能に相当する。
【0048】
また、本実施形態では、MPU620が制御部に相当し、検出回路310が操作状態検出部に相当する。また、放電検出回路63が放電電流検出部に相当し、第3スイッチQ3及び第4スイッチQ4が出力部に相当する。また、第1抵抗器R1及びコンデンサC1が遅延部に相当する。
【0049】
DS端子16から出力された放電禁止信号は、工具側DS端子76を介して、電動工具700が備えるインターロック回路710に入力される。インターロック回路710は、放電禁止信号を受信すると、強制的に電動工具700の動作を停止させる。
【0050】
<3.放電制御部の動作>
次に、放電制御部500の動作について、
図3を参照して説明する。
図3は、MPU620により生成された生成信号、放電検出回路63による放電検出結果(すなわち、第2スイッチQ2のゲート電位)、検出回路310によるトリガスイッチ検出結果(すなわち、第1スイッチQ1のゲート電位)、第1スイッチQ1のドレイン電位、第3スイッチQ3のゲート電位、及びDS端子16の電位のタイムチャートである。
図3は、放電制御部500が通常の動作をしている途中で、電動工具700によるトリガスイッチ信号の出力から検出回路310によるトリガスイッチの状態検出までの経路で故障が発生し、放電制御部500の動作が異常時動作に移行する過程を示している。上記経路で発生する故障は、検出回路310の故障、電動工具700のトリガスイッチ信号出力部内のリード線等の断線などを含む。
【0051】
時点t0では、MPU620はスリープモードであり、放電許可信号を生成している。この時点では、放電なし及びトリガスイッチのオフが検出されている。そのため、DS端子からは、放電許可信号が出力されている。
【0052】
時点t1において、放電ありが検出され、第2スイッチQ2のゲート電位が上昇し始める。時点t2において、トリガスイッチのオンが検出され、ゲート電位が低下し始める。また、トリガスイッチのオンが検出されたことに伴い、MPU620はウェイクアプする。時点t3では、第2スイッチQ2がオンになる。時点t4では、第1スイッチQ1がオフになる。
【0053】
第2スイッチQ2がオフからオンへ切り替わり、且つ、第1スイッチQ1がオンからオフへ切り替わる途中で、第1スイッチQ1及び第2スイッチQ2の両方がオンになる瞬間がある。このとき、破線の囲み部分に示すように、第1スイッチQ1のドレイン電位が低下する。しかしながら、遅延回路が設けられているため、第1スイッチQ1のドレイン電位の瞬時的な低下によって、第3スイッチQ3のゲート電位がオフ閾値までは低下していない。
【0054】
時点t5において、放電なしが検出され、第2スイッチQ2のゲート電位が低下し始める。時点t6において、トリガスイッチのオフが検出され、第1スイッチQ1のゲート電位が上昇し始める。また、トリガスイッチのオフが検出されたことに伴い、所定の条件を満たすとMPU620がスリープモードに移行する。時点t7において、第2スイッチQ2がオフになるとともに、第1スイッチQ1がオンになる。
【0055】
時点t0から時点t7までの期間、MPU620は継続して放電許可信号を生成し、放電許可信号がDS端子16から継続して出力されている。
時点t8において、放電ありが検出され、第2スイッチQ2のゲート電位が上昇し始め、時点t9において、第2スイッチQ2がオンになる。一方、時点t8から時点t9までの期間、放電が検出されたにもかかわらず、第1スイッチQ1のゲート電位はHで一定である。すなわち、電動工具700によるトリガスイッチ信号の出力から検出回路310によるトリガスイッチの状態検出までの経路において故障が発生し、トリガスイッチのオンが検出されていない。そのため、MPU620は、スリープモードのまま放電許可信号を継続して生成している。
【0056】
時点t9において、第1スイッチQ1及び第2スイッチQ2の両方がオンになるため、第1スイッチQ1のドレイン電位が低下し始める。時点t10において、第1スイッチQ1のドレイン電位がLになる。しかしながら、遅延回路が設けられているため、第1スイッチQ1のドレイン電位がLになっても、第3スイッチQ3のゲート電位は直ちにLにならない。時点t10では、第3スイッチQ3のゲート電位はHのままである。
【0057】
時点t11において、第3スイッチQ3のゲート電位は低下し始める。これに伴い、DS端子の電位がLからHiZに変化し始める。そして、時点t12において、第3スイッチQ3のゲート電位がLになり、第3スイッチQ3がオフになる。これに伴い、DS端子の電位がHiZになり、MPU620により放電許可信号が生成されているにもかかわらず、DS端子から放電禁止信号が出力される。時点t9から時点t12までの期間が所定時間Taに相当する。
【0058】
<4.充電器の構成>
次に、充電器800の構成について、
図4を参照して説明する。充電器800の充電回路は、1次側と2次側とが絶縁した構成になっている。
【0059】
充電回路の1次側には、コンセント890、保護素子885、ラインフィルタ884、整流回路883、PFC回路882、平滑回路881が設けられている。
また、充電回路の1次側と2次側に跨って、メインコンバータ871、フォトカプラ847,869,870、及びサブコンバータ848が設けられている。
【0060】
また、充電回路の2次側には、充電器側正極端子820、充電器側負極端子840、充電器側CS端子83、充電器側DT端子84、RT端子85、充電器側DS端子86、及びUSB端子87を備える。充電器側正極端子820、充電器側負極端子840、充電器側CS端子83、充電器側DT端子84、RT端子85、充電器側DS端子86は、それぞれ、バッテリパック100の正極端子11、負極端子12、CS端子13、DT端子14、TR端子15、DS端子86に接続される。
【0061】
さらに、充電回路の2次側には、制御回路850が設けられている。制御回路850は、CPU、ROM、RAM及びI/O等を備えるマイクロコンピュータを中心に構成されている。
【0062】
コンセント890は、商用電源などの外部電源に接続される。外部電源は、AC100VやAC200Vなど何でもよい。保護素子885は、充電回路の各素子を保護する。ラインフィルタ884は、外部電源から供給された交流電力のノイズを除去する。整流回路883は、交流電力を整流して直流電力に変換する。PFC回路882は、整流回路883によって整流された直流電力の力率を改善する。平滑回路881は、力率が改善された直流電力を平滑化する。メインコンバータ871は、降圧コンバータであり、平滑回路881により平滑化された直流電力の電圧を、バッテリパック100の充電に適した電圧に降圧する。サブコンバータ848は、降圧コンバータであり、平滑回路881により平滑化された直流電力を、メインコンバータ871の出力電圧とは異なる電圧に降圧する。メインコンバータ871及びサブコンバータ848は、Pulse Width Modulation(PWM)制御される。
【0063】
また、充電回路の2次側には、同期整流回路867、平滑回路865、整流回路846、平滑回路845、レギュレータ844、DCファン842,843、ブザー841、3色のLED821,822,823、DCDCコンバータ817、及びUSBコントロールIC816が設けられている。
【0064】
同期整流回路867は、メインコンバータ871により降圧された直流電力を同期整流する。平滑回路865は、同期整流回路867により整流された直流電力を平滑化して、充電器側正極端子820に接続された正極側ラインに出力する。
【0065】
整流回路846は、サブコンバータ848により降圧された直流電力を整流する。平滑回路845は、整流回路846により整流された直流電力を平滑化して、平滑化した12.5Vの直流電力をレギュレータ844、DCファン842,843、ブザー841、及びDCDCコンバータ817へ出力する。また、平滑回路845は、平滑化した12.5Vの直流電力を後述する電流制限回路811へ出力する。
【0066】
レギュレータ844は、12.5Vの直流電力から5Vの直流電力を生成し、制御回路850及び3色のLED821,822,823へ供給する。LED821,822,823は、緑、赤、黄のLEDであり、制御回路850に制御されて、充電処理の状態等を示すために点灯したり点滅したりする。
【0067】
DCファン843は、12.5Vの直流電力を受けて駆動し、充電器800に装着されたバッテリパック100を冷却するための直流ファンである。DCファン842は、12.5Vの直流電力を受けて駆動し、回路基板を冷却するための直流ファンである。ブザー841は、12.5Vの直流電力を受けて作動し、制御回路850に制御されて、充電処理の状態に応じて音を出力する。
【0068】
DCDCコンバータ817は、12.5Vの直流電力を5Vの直流電力に変換し、USBコントロールIC816を介して、USB端子87から出力する。これにより、USB端子87と、スマートフォンやタブレット端末などのUSB端子とをUSBケーブルで接続すると、スマートフォンやタブレット端末をUSB充電することができる。
【0069】
さらに、平滑回路845は、平滑化した直流電力を、フォトカプラ847を介してサブコンバータ848へ出力する。これにより、サブコンバータ848は、フィードバック制御される。
【0070】
また、充電回路の2次側には、電流制限回路811,812、短絡保護回路810、及びシャント抵抗813が設けられている。
電流制限回路811は、平滑回路845から受けた直流電力の電流値を制限して、短絡保護回路810へ出力する。短絡保護回路810は、充電器側DS端子86に接続されている。短絡保護回路810は、バッテリパック100がシャットダウン状態の場合、電流制限回路811から受けた直流電力を、充電器側DS端子86を介してバッテリパック100へ出力する。この直流電力は、バッテリパック100のシャットダウン時における補助電源になる。また、短絡保護回路810は、バッテリパック100が非シャットダウン状態で、且つ、放電制御部500の第3スイッチQ3及び第4スイッチQ4がオンの場合に、電力供給を強制的に停止する。すなわち、短絡保護回路810は、バッテリパック100のDS端子16から放電許可信号が出力されている場合に、電力供給を強制的に停止する。
【0071】
図2に示すように、短絡保護回路810は、スイッチQ5,Q6と、抵抗器R3,R4,R5,R6と、ダイオードD1,D2と、を備える。スイッチQ5は例えばnpn型バイポーラトランジスタである。スイッチQ6は例えばpnp型バイポーラトランジスタである。
【0072】
ダイオードD1,D2のカソード端子は、充電器側DS端子86に接続されている。ダイオードD1のアノード端子は、プルアップ抵抗を介して電源5V及び抵抗器R3の第1端に接続されている。抵抗器R3の第2端は、抵抗器R4の第1端及びスイッチQ5のベース端子に接続されている。抵抗器R4の第2端及びスイッチQ5のエミッタ端子はグランドに接続されている。
【0073】
ダイオードD2のアノード端子は、スイッチQ6のコレクタ端子に接続されている。スイッチQ6のエミッタ端子は、電源12Vと抵抗器R6の第1端に接続されている。抵抗器R6の第2端は、スイッチQ6のベース端子及び抵抗器R5の第1端に接続されている。抵抗器R5の第2端は、スイッチQ5のコレクタ端子に接続されている。
【0074】
充電器側DS端子86の電位がHiZの場合、電源5VからスイッチQ5のベース端子へ電流が流れ、スイッチQ5がオンになる。スイッチQ5がオンになると、スイッチQ6のベース端子からスイッチQ5へ電流が流れ、スイッチQ6がオンになる。これにより、充電器側DS端子86からバッテリパック100へ12Vの補助電源を供給可能になる。
【0075】
一方、充電器側DS端子の電位がLの場合、スイッチQ5のベース端子の電位が略0になり、ベース端子に電流が流れない。そのため、スイッチQ5はオフになる。スイッチQ5がオフの場合、スイッチQ6のベース端子からスイッチQ5へ電流が流れないため、スイッチQ6もオフになる。そのため、充電器側DS端子86からバッテリパック100へ補助電源の供給が停止される。
【0076】
電流制限回路812は、充電器側DT端子84を介して入力された信号の電流を制限する。
充電器側CS端子83は、バッテリパック100のCS端子13から充電許可信号又は充電禁止信号が入力される。充電器側CS端子83に入力された充電許可信号又は充電禁止信号は、制御回路850に入力される。制御回路850は、充電禁止信号を取得した場合に、フォトカプラ869を介して、メインコンバータ871へ充電禁止信号を出力する。メインコンバータ871は充電禁止信号を受信すると動作を停止する。これにより、充電器800からバッテリパック100への充電電流の放出が停止される。
【0077】
また、充電器側CS端子83に入力された充電禁止信号は、制御回路850を経由せずに、直接フォトカプラ869に入力され、メインコンバータ871へ出力される。すなわち、充電器側CS端子83に放電禁止信号が入力された場合、制御回路850を経由する経路と、制御回路850を経由しない経路の2つの経路で、メインコンバータ871へ充電禁止信号が入力される。制御回路850を経由しない経路は、非常的な充電停止経路として設けられている。
【0078】
また、制御回路850は、RT端子85を介して、バッテリパック100のMPU620とシリアル通信を行い、バッテリパック100の状態に関するバッテリ情報を取得する。そして、制御回路850は、取得したバッテリ情報に基づいて、バッテリパック100の充電を停止すべか否か判定し、充電を停止すべきと判定した場合には、フォトカプラ869を介して、メインコンバータ871へ充電禁止信号を出力する。通常、制御回路850は、バッテリパック100から充電禁止信号を受信する前に、取得したバッテリ情報に基づいて充電禁止信号を出力する。
【0079】
シャント抵抗813は、制御回路850がバッテリパック100へ流れる充電電流の電流値を取得するために設けられている。制御回路850は、取得した電流値と、メインコンバータを制御するために生成したPWM信号とを比較して、第1フィードバック制御量を算出する。そして、制御回路850は、算出した第1フィードバック制御量を、フォトカプラ870を介して、メインコンバータ871へ出力する。
【0080】
また、制御回路850は、生成したPWM信号を、フォトカプラ870を介して、メインコンバータ871へ出力する。さらに、制御回路850は、平滑回路865により平滑化された直流電力と生成したPWM信号とを比較して、第2フィードバック制御量を算出する。そして、制御回路850は、算出した第2フィードバック制御量を、フォトカプラ870を介して、メインコンバータ871へ出力する。これにより、メインコンバータ871は、フィードバック制御される。
【0081】
さらに、充電回路の2次側には、プリ充電回路861、BEP862、放電経路遮断部833,834、過電圧保護回路832、ADセルフチェック回路831、及び高温部品検出部830が設けられている。
【0082】
プリ充電回路861は、正極側ラインに接続されている。制御回路850は、充電処理を実行する前に、プリ充電回路861を用いて、放電経路等の断線やバッテリパック100のバッテリ電圧をチェックする。
放電経路遮断部833,834は、それぞれ、正極側ラインに設けられたFETスイッチを含み、制御回路850からの指令に応じて、FETスイッチをオン又はオフする。すなわち、放電経路遮断部833,834は、制御回路850からの指令に応じて、正極側ラインを接続又は遮断する。
【0083】
BEP862は、FETスイッチなどを含み、正極側ラインを電流が逆流することを防止する。すなわち、BEP862は、平滑回路865から充電器側正極端子820へ向かって流れるべき電流が、充電器側正極端子820(すなわちバッテリパック)から平滑回路865へ向かって流れることを防止する。また、平滑回路865等の短絡故障時に充電器側正極端子820(すなわちバッテリパック)から短絡電流が流れることを防止する。
【0084】
過電圧保護回路832は、バッテリパック100のバッテリ電圧を検出し、バッテリ電圧が閾値よりも高い場合に、フォトカプラ869を介して充電禁止信号をメインコンバータ871へ出力する。すなわち、閾値よりも高いバッテリ電圧が検出された場合には、制御回路850を経由せずに、メインコンバータ871へ充電禁止信号が入力される。
【0085】
ADセルフチェック回路831は、制御回路850に含まれるAD変換回路が故障しているか否か自己診断する回路である。
高温部品検出部830は、バッテリパック100の温度を検出し、検出した温度を制御回路850へ入力する。
【0086】
<5.効果>
以上説明した第1実施形態によれば、以下の効果が得られる。
(1)電動工具700のトリガスイッチのオフが検出されているにもかかわらず、所定値以上の放電電流が検出された場合には、電動工具700によるトリガスイッチ信号の出力から検出回路310によるトリガスイッチの状態検出までの経路で故障が発生している可能性がある。この場合、バッテリパック100から電動工具700へ放電許可信号を出力し続けると、MPU620が放電状態を監視しないままバッテリパック100は放電を続けて、バッテリパック100が過放電状態になる可能性がある。そのため、トリガスイッチのオフが検出され且つ所定値以上の放電電流が検出された場合には、MPU620により生成された生成信号にかかわらず、バッテリパック100から放電禁止信号が出力される。これにより、バッテリパック100が過放電状態になることを抑制することができる。
【0087】
(2)遅延回路520を備えることにより、第1スイッチQ1及び第2スイッチQ2の状態が瞬時的に変動しても、放電許可信号又は放電禁止信号の出力に対する影響が抑制される。よって、放電許可信号又は放電禁止信号の出力を安定させることができる。
【0088】
(他の実施形態)
以上、本開示を実施するための形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。
【0089】
(a)上記実施形態では、第1スイッチQ1,第2スイッチQ2,第3スイッチQ3,第4スイッチQ4をn型MOSFETによって構成したが、本開示はこれに限定されるものではない。NAND回路510,530の機能を実現できる構成であれば、どのような構成でもよい。
【0090】
(b)上記実施形態における1つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、1つの構成要素が有する1つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、1つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される1つの機能を、1つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。
【符号の説明】
【0091】
11…正極端子、12…負極端子、13…CS端子、14…DT端子、15…TR端子、16…DS端子、60…バッテリ、63…放電検出回路、65…サーミスタ、66…バッテリ電圧検出部、67…シャント抵抗、68…サーミスタ、70…電源回路、72…スイッチ、73…レギュレータ、76…工具側通信端子、80…SCP部、81…SCP回路、82…SCP診断部、83…充電器側CS端子、84…充電器側DT端子、85…RT端子、86…充電器側DS端子、87…USB端子、90…サブPCB制御部、100…バッテリパック、200…充電制御部、300…検出部、310…検出回路、400…通信部、500…放電制御部、510,530…NAND回路、520…遅延回路、620…MPU、700…電動工具、710…インターロック回路、800…充電器、810…短絡保護回路、811、812…電流制限回路、813…シャント抵抗、816…USBコントロールIC、817…コンバータ、820…充電器側正極端子、821,822,823…LED、830…高温部品検出部、831…セルフチェック回路、832…過電圧保護回路、833,834…放電経路遮断部、840…充電器側負極端子、841…ブザー、842,843…DCファン、844…レギュレータ、847…フォトカプラ,869,870、848…サブコンバータ、850…制御回路、871…メインコンバータ。